錨噴混凝土在雙曲拱橋維修加固中的應用

淮北職業技術學院 李愛軍

中國礦業大學力學與建筑工程學院 袁廣林

錨噴混凝土在雙曲拱橋維修加固中的應用

淮北職業技術學院 李愛軍

中國礦業大學力學與建筑工程學院 袁廣林

雙曲拱橋是我國首創的一種新型拱橋，其主拱圈在縱向（順橋方向）和橫向（順水流方向）均呈曲線形，故稱雙曲拱橋。其最大優點是施工安裝時化整為零，而承受荷載時則又集零為整。正是由于雙曲拱橋將拱圈化整為零，難免會帶來承重上拱圈整體性差、容易開裂的缺點，特別是隨著年限增長和超載，多有拱圈開裂、變形現象，需加固。錨噴混凝土加固法所形成的組合結構，既根治了原結構由于裂縫等原因造成的局部應力集中病害，又恢復了原結構的協調性，使其能夠承受更大的外荷載。

一、雙曲拱橋的常見病害

1. 拱肋強度不足而引起承載力降低。拱肋與拱圈共同承受全部恒載和活載，是主要受力構件。因此，當其抗彎強度和剛度不足時，往往使承載能力降低，同時也會引起其他構件的損壞。

2. 橫向聯系不足而引起失穩。當橫向聯系布置不夠或強度不足而產生損壞時，將會使拱橋橫向穩定性減低，拱波頂出現縱向裂縫。

3. 拱上填料排水不暢等原因引起的側墻鼓肚破壞。雙曲拱橋側墻發生鼓肚，一般是由于排水不良，填土內聚積大量水分從而造成膨脹，也可能是砌筑質量不佳引起的。

4. 墩臺位移而引起破壞。雙曲拱橋由于自重大，其相應的水平推力也較大，當設計、施工不當時，往往容易引起墩臺較大位移和沉降。由于沉降和位移較大，必將出現拱圈下沉、開裂，拱肋與拱波分離，側墻與拱肋分離，空腹小拱開裂或立柱嚴重裂縫等損壞現象。

二、錨噴混凝土加固原理與加固設計要點

1. 錨噴混凝土加固原理。錨噴混凝土加固法實際上由兩部分組成，首先是將錨桿錨入擬補強部位結構內，掛設補強鋼筋網，然后再借助高速噴射機械，將新混凝土混合料連續地噴射到已錨固好的鋼筋網受噴面上，凝結硬化而形成鋼筋混凝土。其中增設的補強鋼筋主要是幫助原結構承受拉應力，同時成為新增混凝土部分的骨架；錨噴混凝土的作用則是將補強鋼筋與原結構聯結組成整體受力結構，并與錨桿一同在結合面上傳遞拉應力和剪應力。

2. 加固設計要點。根據加固原理，錨噴混凝土加固法實際上仍是加大構件截面加固法，所以加固設計仍按加大構件截面的方法進行內力計算。其設計原則為：恒載內力（包括新錨噴的混凝土）按原構件的截面模量進行計算，即新噴上的混凝土恒載仍作用于原構件上；活載內力用加大后的組合截面模量計算內力，即新舊混凝土作為一個整體計算，對不同的混凝土強度等級和新增的補強鋼筋按其彈性模量進行截面換算；仍按彈性理論進行計算；強度驗算按照錨噴截面占原截面的比率，考慮是否按組合截面進行有關驗算；進行加固設計前，應弄清舊橋的原始情況以及病害原因，對舊橋的基本承載力作出評價；采用的噴射混凝土與鋼筋的強度等級，不應低于原結構的強度等級。

三、加固實例分析

1. 橋梁概況。某座鋼筋混凝土雙曲拱橋，建成于20世紀70年代，全長為55m，橋面寬為：凈7.00m（行車道）+2×0.30m（欄桿基座）。上部結構為1×45m鋼筋混凝土雙曲拱（實測凈矢高7.3m，凈跨徑44.95m），主拱圈為五肋四波及兩側各一個懸半波；下部結構為重力式橋臺。橋尾岸第一腹拱拱圈和橫墻曾經加固過，原設計荷載為汽車-13、拖車-60。

2. 大橋拱圈病害狀況。加固前對大橋拱圈病害調查，其狀況如下。

（1）主拱圈裂縫。主拱圈中波縱向裂縫大橋橫向中心線正處于第三拱波波頂處，檢查時發現中波波頂存在縱向裂縫，自拱頂開始至L/4附近為止，裂縫寬度最大約0.5mm。在拱波與拱肋連接處，大部分都有裂縫，有的較細，有的十分明顯，且有不少水泥砂漿脫落現象，也有不少發生滲水現象。拱肋有橫向裂縫，有不少是U形裂縫，這些裂縫多發生在拱頂前后10m左右范圍內。橫系梁裂縫為數較少。拱腳部位拱肋下邊緣存在混凝土剝落、露筋。

（2）主拱圈軸線下沉。主拱軸線普遍下沉，拱頂下沉10～15cm，L/4點下沉0.7cm，而且上下游下沉量也不一致。

3. 拱圈加固設計。根據大橋實際，由于橋臺及基礎良好，應業主要求，加固設計要求充分利用原結構承載潛力的可能性，不僅整治裂縫病害，而且提高橋梁荷載等級至汽一超20、掛-120。據此，確定設計要點如下。

（1）由于主拱圈受力大、裂縫多，在主拱圈及拱波下緣外包鋼筋網錨噴6cm厚C25混凝土板，增強主拱圈整體性，以提高整體剛度和承載力，錨固鋼筋插入深度必須大于8cm，焊接長大于12cm，噴射混凝土按先兩拱腳后拱頂順序進行，其竣工后的外露面的凸凹差值不大于1.5cm。施工中應邊進行噴射作業邊對已噴射混凝土用噴射養護液養生；較大裂縫扒釘卡緊，然后將縫鑿成V形，再填塞M 10號砂漿。在拱腳至第二拱圈頂處，現澆C30鋼筋混凝土，厚10cm，增大拱圈截面。

（2）在腹拱圈下緣現澆20cm厚、30cm寬、間距1.15m的C30鋼筋混凝土，增大、增高腹拱圈截面，提高腹拱圈承載能力。

（3）拆除原橋面鋪裝，重新鋪橋面，更換欄桿，排除安全隱患，加設伸縮縫。

4. 錨噴混凝土加固施工。

（1）材料選用。水泥；粗、細骨料；水。

（2）噴射混凝土配合比設計。噴射混凝土的標號，應盡量與原結構混凝土標號相接近。由于摻用速凝劑后噴射混凝土的后期強度會降低，因此，設計混凝土標號時應考慮其影響。本橋需要標號為C25，考慮速凝劑的影響后設計標號為C30。噴射混凝土的配合比，可采用澆筑混凝土配合比設計方法確定。

（3）橋梁加固施工工藝。

5. 加固后承載力鑒定。加固后進行靜載試驗，對全橋承載力作了鑒定。在以汽一超20為主要組合荷載、掛-120附加組合荷載作用下，各測點應力、變形和裂縫寬度均滿足規范規定的容許限值，因此加固后本橋能承受汽一超20、掛-120荷載要求。本橋采用噴錨混凝土加大拱肋及拱波截面提高舊橋承載能力，達到了預期效果。